[发明专利]一种基于复合约束增强光谱的多模光纤LIBS探测器

权利要求书

1.一种基于复合约束增强光谱的多模光纤LIBS探测器，其特征在于，包括LIBS探头(A)、耦合收集系统(B)以及控制检测系统(C)；其中，LIBS探头(A)包括聚焦腔(1)，以及安装在聚焦腔(1)前端的光纤耦合头(6)，聚焦腔(1)内设置有第一平凸透镜(9)；耦合收集系统(B)包括光纤聚焦器(14)、二向色镜(17)以及光纤收集器(19)；控制检测系统(C)包括光谱仪(22)、ICCD(23)、纳秒激光器(24)、计算机(25)以及可编程脉冲延迟发生器(26)；光纤聚焦器(14)通过传输光纤(15)与聚焦腔(1)相连，并与第一平凸透镜(9)设置在同一光路上；光纤收集器(19)通过收集光纤(21)与光谱仪(22)相连。

2.根据权利要求1所述的基于复合约束增强光谱的多模光纤LIBS探测器，其特征在于，聚焦腔(1)的上下壁面分别设有能够开关的进气口(2)和出气口(7)，进气口(2)和出气口(7)与外部气室之间通过导管连接，并通过管道向聚焦腔(1)和光纤耦合头(6)内充入氩气、氦气以及氮气用于调整激光能量对待测管道(27)所产生的LIBS光谱的影响；通过出气口(7)抽取聚焦腔(1)和光纤耦合头(6)内的空气形成真空环境或不同气压的条件；通过进气口(2)和出气口(7)在LIBS探头(A)内制造多种气体介质环境或真空环境，以满足不同波长的激光检测特定元素的介质环境要求。

3.根据权利要求1所述的基于复合约束增强光谱的多模光纤LIBS探测器，其特征在于，光纤耦合头(6)包括永久磁体(3)、磁体约束体(4)以及空间约束体(5)；空间约束体(5)为圆柱筒形，其外表面为能够与待测管道(27)壁面完全紧密贴合的相贯面形状；空间约束体(5)的外径为8mm，与聚焦腔(1)之间通过螺纹结构紧密连接；磁体约束体(4)的上部和下部均开设有凹槽，永久磁体(3)置于两凹槽中；磁体约束体(4)中的长方形的凹槽长度为8mm，宽度为5mm，高度为8mm。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的基于复合约束增强光谱的多模光纤LIBS探测器，其特征在于，聚焦腔(1)包括进气口(2)、出气口(7)、平行导轨(8)、第一平凸透镜(9)、接杆支架(10)以及微动控制器(11)；传输光纤(15)通过第一光纤连接器(12)与聚焦腔(1)相连；平行导轨(8)安装在聚焦腔(1)内底部中央位置，接杆支架(10)安装在平行导轨(8)上，第一平凸透镜(9)安装在接杆支架(10)上；光纤耦合头(6)、第一平凸透镜(9)和第一光纤连接器(12)在同一光路上，且光纤耦合头(6)的中心、第一平凸透镜(9)的中心以及第一光纤连接器(12)的中心在同一直线上；第一光纤连接器(12)放置在聚焦腔(1)中第一平凸透镜(9)的一倍焦距之外；第一平凸透镜(9)的直径为25.4mm，焦距为16mm。

5.根据权利要求1所述的基于复合约束增强光谱的多模光纤LIBS探测器，其特征在于，传输光纤(15)和收集光纤(21)均为二氧化硅包层的多模光纤；传输光纤(15)的长度为3m，光纤芯径为800μm，数值孔径为0.37，最大功率密度为50kW/cm²；收集光纤(19)的长度为1m，光纤芯径为400μm，数值孔径为0.22。

6.根据权利要求1或5所述的基于复合约束增强光谱的多模光纤LIBS探测器，其特征在于，传输光纤(15)通过第二光纤连接器(13)与光线聚焦器(14)相连；收集光纤(21)通过第三光纤连接器(20)与光纤收集器(19)相连。

7.根据权利要求6所述的基于复合约束增强光谱的多模光纤LIBS探测器，其特征在于，第二光纤连接器(13)和第三光纤连接器(20)由SMA905不锈钢制成。